美國“芯”焦的背后
針對華為,美國再次出手,華為在全球21個國家的38家子公司被列入實體清單,至此,包括華為在內(nèi)總共有150多家關(guān)聯(lián)公司被列入實體清單。
列入這個清單有什么后果?說白了就是一句話,切斷這些公司和美國有關(guān)的交易。
一開始,華為只是不能從美國購買芯片,也不能委托在美國的公司為其設(shè)計和制造芯片。
隨后一年多的時間里,制裁不斷升級。
現(xiàn)在,任何公司,不管在不在美國,只要用了美國技術(shù),都不能為華為及在名單上的關(guān)聯(lián)公司制造芯片。
一系列制裁措施切斷了華為麒麟系列高端5G芯片的供應(yīng),原來為華為代工的臺灣積體電路制造股份有限公司,因為上述制裁措施,從9月14日起,將停止為華為供貨。
圖窮匕見,美國對華為持續(xù)加碼的打壓,要害都是芯片。
悖論
芯片對于5G至關(guān)重要,5G的通信設(shè)備需要大量高性能的芯片。制作芯片的原材料半導(dǎo)體,是一種性能優(yōu)良的導(dǎo)電材料。
中科院半導(dǎo)體所研究員姬揚解釋道,我們?nèi)粘I钪凶畛R姷陌雽?dǎo)體器件就是芯片,所以業(yè)內(nèi)經(jīng)常把半導(dǎo)體和芯片兩個概念等同。
由于芯片行業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈條較長,很難有一家公司能覆蓋從材料研發(fā)到芯片設(shè)計再到生產(chǎn)制造的全過程。
華為目前掌握芯片的設(shè)計,但是生產(chǎn)由其他公司代工,這也正是美國打擊制裁的關(guān)鍵點。
切斷華為5G芯片的代加工,無疑給華為沉重一擊,而美國在這一次又一次的打擊中就能全身而退了么?
在美國的制裁下,斷供華為,對許多芯片公司來說,最直接受影響的是“訂單”。
美國的芯片巨頭高通公司是華為芯片的供應(yīng)商之一,今年業(yè)績大幅跳水,2020財年二季度,凈利潤比去年同期下降29%。同期,另一家芯片巨頭美光科技凈利潤也同比下降75%。
美國博通公司的CEO更是直接道出了背后的原因:
“地緣政策”的不穩(wěn)定和對大客戶的出口限制是主要影響因素。
不光是利潤,制裁對美國公司還有更為深遠的影響。
譚主和某芯片設(shè)計企業(yè)的工程師聊了聊,他長期奮戰(zhàn)在芯片采購、設(shè)計的第一線,實踐經(jīng)驗極其豐富。
在他看來,華為這一類通信巨頭,對相關(guān)美國企業(yè)的意義絕不僅限于訂單。
就拿美國占絕對優(yōu)勢的電子設(shè)計自動化(EDA)行業(yè)而言,EDA被稱為芯片產(chǎn)業(yè)皇冠上的明珠,就像電腦需要操作系統(tǒng)一樣,設(shè)計芯片離不開EDA軟件。美國的芯片設(shè)計軟件優(yōu)勢來源于數(shù)據(jù)庫,數(shù)據(jù)越豐富,軟件越好用,而這些數(shù)據(jù)來自于制造端的反饋。
本質(zhì)上來說,有訂單需求,工廠才能開工,開工才有資金和數(shù)據(jù)反饋,才能推動工藝進步。訂單—生產(chǎn)的循環(huán)頻繁了,數(shù)據(jù)反饋就越多,EDA軟件也會變得更加有競爭力。
他以臺積電為例說明,臺積電的一些工藝做得好,很大程度上因為臺積電的客戶全是像華為這樣的大客戶,訂單大,覆蓋的應(yīng)用場景廣泛。
所以,芯片行業(yè)技術(shù)的進步是特別依賴市場需求驅(qū)動的。
現(xiàn)在最大的需求市場在哪里呢?我們來看一組數(shù)據(jù):
中國是全球最大的半導(dǎo)體產(chǎn)品消費國家,相當(dāng)于美國、歐盟及日本市場的總和。
中國購買了世界芯片出口總量的54%。
隨著5G建設(shè)的深入,物聯(lián)網(wǎng)、智能汽車等產(chǎn)業(yè)落地,中國的需求還將持續(xù)增長。
顯而易見,從市場需求角度來說,中國是世界芯片行業(yè)名副其實的“半壁江山”。
少了來自中國的巨大訂單需求,美國半導(dǎo)體企業(yè)也難以維持現(xiàn)有產(chǎn)能規(guī)模,需要巨大投入的技術(shù)進步也可能會變成空想。
對此,資深通信專家、飛象網(wǎng)CEO項立剛給出了這樣的評價:
“都是市場經(jīng)濟,美國企業(yè)要看投資回報;藥资畠|美元做的生產(chǎn)線,現(xiàn)在不讓它給中國企業(yè)代工,最大客戶就沒了,它給誰代工?它干嘛要去投入?”
從這一邏輯推導(dǎo),美國的制裁實際上是一種悖論。某種程度而言,制裁中國也等同重創(chuàng)美國在這一行業(yè)的領(lǐng)先地位。
面對這種無妄之災(zāi),美國半導(dǎo)體企業(yè)也在尋求破局。很明顯,他們還是希望和中國企業(yè)建立合作關(guān)系。
高通先是在近期與華為達成專利和解,華為只用支付其18億美元就能繼續(xù)使用高通的專利技術(shù),遠低于蘋果的45億美元。高通公司還正在游說美國政府,呼吁取消該公司向華為出售芯片的限制。
高通的理由是,美國針對華為的禁令會把價值80億美元的市場讓給海外競爭對手。
高通的擔(dān)心不無道理。
因為美國政府的圍堵打壓,波士頓咨詢的報告調(diào)研發(fā)現(xiàn),華為正積極在尋找韓國和歐洲的芯片供應(yīng)商;而OPPO、小米等中國企業(yè),雖然暫時沒有進入美國的實體清單,但為了防范潛在風(fēng)險,也在主動使半導(dǎo)體供應(yīng)商多樣化。
報告預(yù)測:禁令會直接威脅美國半導(dǎo)體行業(yè)從中國設(shè)備制造商那里獲得的約490億美元收入,而這將占總收入的22%。
美國人的重拳出擊讓美國自己人為此買單。
此情此景,中國科學(xué)院半導(dǎo)體所研究員姬揚評價道:
“雖然美國政府希望中國能被孤立,然后讓美國來占領(lǐng)世界市場。但這些政策更大的可能是美國把自己跟世界的聯(lián)系切斷!
切斷自己技術(shù)進步的路徑、給自己的企業(yè)造成傷害,之所以美國要做這種自損1000、傷敵800的事情,背后或許有更深層的焦慮......
瓶頸
美國在焦慮啥?要從尺寸只有頭發(fā)絲萬分之一的晶體管講起。
簡單說來,晶體管是使用半導(dǎo)體材料制造的一種元器件,可以控制電壓。在芯片上的晶體管可以做的非常小。一枚指甲蓋大小的芯片上晶體管數(shù)量可達數(shù)以十億計。
▲芯片生產(chǎn)流程簡化圖
1947年12月,美國貝爾實驗室研制成功了世界上第一塊點接觸式晶體管,而1958年,美國德州儀器公司的杰克基爾比發(fā)明了第一塊芯片……隨后,美國在全球芯片產(chǎn)業(yè)一直處于絕對領(lǐng)先地位。
而現(xiàn)在,美國遇到了瓶頸。
擋住美國的東西,不是資本,不是人才,而是摩爾定律的失靈。
摩爾定律是由英特爾聯(lián)合創(chuàng)始人戈登·摩爾提出,用于總結(jié)芯片行業(yè)的發(fā)展規(guī)律。
這一定律內(nèi)容大概是,集成電路上可容納的晶體管的數(shù)目,約每隔18~24個月便會增加一倍,性能也將提升一倍,而產(chǎn)品價格卻能保持穩(wěn)定。
翻譯一下,就是通過技術(shù)進步,在成本穩(wěn)定的情況下,芯片上的晶體管尺寸可以做得越來越小,單位面積上的晶體管數(shù)量也就越來越多,可處理的信息量更大,芯片的性能也就提高了。
今天可以在一臺小小的手機內(nèi),就基本實現(xiàn)十年前臺式電腦才能實現(xiàn)的功能,而價格反而更低,這就是摩爾定律帶來的福利。
綜上,正常情況下摩爾定律的三個要點是:
性能提升
成本基本穩(wěn)定
有明顯規(guī)律性
▲芯片大小變化
但摩爾定律進階到今天,三要素都在動搖。半導(dǎo)體晶體管尺寸逐漸觸及到物理極限,難以繼續(xù)縮小,這也就意味著芯片上所能容納的晶體管數(shù)量難以繼續(xù)增加。
“摩爾定律過去是每5年增長10倍,每10年增長100倍。而如今,摩爾定律每年只能增長幾個百分點,每10年可能只有2倍。因此,摩爾定律結(jié)束了。”
英偉達CEO黃仁勛在2019年的國際消費電子展上,如此預(yù)測了摩爾定律的未來。
不但是黃仁勛,摩根士丹利也在一份報告中認(rèn)為,傳統(tǒng)半導(dǎo)體制造業(yè)的發(fā)展已經(jīng)放緩,摩爾定律的失靈就是明證。目前領(lǐng)先的海外制造廠的優(yōu)勢可能會縮小,因為前沿開發(fā)變得越來越具有挑戰(zhàn)性。
為了衡量芯片的技術(shù)進步,行業(yè)內(nèi)用了“制程”這個概念,隨著芯片上晶體管的尺寸減小,制程也就越小,芯片上能容納的晶體管數(shù)量就越多,也就是說制程越小,芯片的性能就越好。
就拿芯片龍頭英特爾來說,到了14納米制程,研發(fā)就已舉步維艱。英特爾在這一水準(zhǔn)被卡了整整5年。到了10納米制程,英特爾也一延再延。而到了7納米制程,又遲到了3年,今年第一批7納米處理器該上市的時候,進程又被宣告延后6個月。
摩爾定律失靈會帶來什么?首先就是成本。
研發(fā)費用會呈現(xiàn)出幾何式的增長。
曾在中芯國際,意法半導(dǎo)體等芯片巨頭任職10多年,現(xiàn)任一家風(fēng)險投資基金首席投資官的曹韻告訴譚主:
在90納米制程階段,一座芯片廠的建設(shè)和設(shè)備購買成本不過百億人民幣,然而到了7納米,這個成本增長10倍,逼近千億元人民幣,而臺積電正在研發(fā)的3納米制程,研發(fā)費用加上資本支出至少在萬億人民幣級別。
這對美國而言并不是好消息。
一方面,在芯片行業(yè)處于先進地位的美國即將進入瓶頸,能夠突破現(xiàn)有極限的新材料距離現(xiàn)實還很遙遠,后面還有中國、歐盟等后來者。
另一方面,在芯片產(chǎn)業(yè)的下游——5G通信網(wǎng)絡(luò)上,中國企業(yè)握有優(yōu)勢,中國的華為、中興、OPPO和中國電信科學(xué)技術(shù)研究院,四家企業(yè)一共擁有全球36%的5G標(biāo)準(zhǔn)必要專利,5G關(guān)鍵技術(shù)專利更是位居全球首位。
優(yōu)勢領(lǐng)域逐漸進入瓶頸期,在劣勢領(lǐng)域又被拉開差距。
美國也許要失去未來,焦慮可想而知。
追逐
美國的極限打壓,首先讓我們認(rèn)清了現(xiàn)實。
中國科學(xué)院半導(dǎo)體所研究員姬揚發(fā)現(xiàn),這幾年,政府對科技半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的重要性認(rèn)識明顯更加深刻,而且推出的支持性的政策更加具體,數(shù)量也越來越多,力度也加大了。
雖然起步較晚,目前中國的芯片自給率也較低,高端技術(shù)長期被國外廠商控制,但中國芯片產(chǎn)業(yè)正在專注積蓄力量,為今后的突圍時刻準(zhǔn)備著。
隨著摩爾定律到達極限,芯片產(chǎn)業(yè)逐漸進入后摩爾時代,更新?lián)Q代速度開始下降。姬揚認(rèn)為,現(xiàn)在是身為追趕者的中國芯片產(chǎn)業(yè)的絕佳時機。
“我們實現(xiàn)國產(chǎn)替代的決心更加堅定了,不管是政府還是市場,他們都知道目標(biāo)在哪里!
8月4日,國務(wù)院發(fā)布了《新時期促進集成電路產(chǎn)業(yè)和軟件產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的若干政策》,制程小于28nm納米,經(jīng)營期在15年以上的公司最高將可享受長達十年的免稅期。對于頭部公司的扶持可謂“史詩級別”。
在政策大力推動,并且優(yōu)先扶持尖端技術(shù)公司的方向下,頭部公司突圍成功的概率將大大增加。
不光是中芯國際,中微電子、北方華創(chuàng)、通富微電、華天科技、華大九天等公司,均已經(jīng)在芯片設(shè)計軟件、晶圓代工與芯片生產(chǎn)、封裝測試等環(huán)節(jié)出現(xiàn)了可圈可點的地方。
就拿國內(nèi)的半導(dǎo)體封裝測試行業(yè)舉例,它是芯片制造的最后一環(huán),用于保護半導(dǎo)體中的晶圓裸片,連接裸片與外部電路板等零件。該行業(yè)與世界先進水準(zhǔn)已經(jīng)相差不遠。
本土的三大封測廠商——華天科技、長電科技、通富微電已經(jīng)拿到約30%的市場占有率,封測成為可能在短期突破實現(xiàn)完全國產(chǎn)替代的環(huán)節(jié)。
9個月前,國家集成電路產(chǎn)業(yè)投資基金二期正式注冊成立,注冊資本高達2041億元,至少撬動累計過萬億的資金助力產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
越是風(fēng)浪,越生出堅韌。
去年四月,習(xí)近平總書記曾在武漢考察時強調(diào):
“要加快在芯片技術(shù)上實現(xiàn)重大突破,勇攀世界半導(dǎo)體存儲科技高峰。'兩個一百年'奮斗目標(biāo)不是敲鑼打鼓、輕輕松松就能實現(xiàn)的。機遇前所未有,挑戰(zhàn)前所未有。”
兩個“前所未有”,既是對芯片產(chǎn)業(yè)、半導(dǎo)體存儲科技的督促,也是對中國科技勇攀世界高峰的殷殷期許。
在這場沒有硝煙的戰(zhàn)爭中,誰會成為最后的贏家?
星星和燈光都知道。
無數(shù)個不眠的夜晚,無數(shù)盞徹夜閃爍在張江、科技園、坂田基地、五道口、中關(guān)村、合肥高新區(qū)的燈光。勤勞而勇敢的中國科技工作者們,正在用一種無聲但又震耳欲聾的方式詮釋著問題的答案。